深圳文化中心全年冷热工况模拟分析

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摘要：深圳文化中心特殊的功能、复杂的拓扑结构和重要的地位使得传统的负荷计算方法无法得到其它时间建筑的冷热需求，尤其无法分析过渡季利用新风给室内降温这一重要的节能措施。建筑热环境设计模拟软件包DeST能够对建筑物全年8760 小时冷热工况的进行模拟分析，本文采用DeST对深圳文化中心的全年的冷热工况进行了模拟分析，研究了其全年冷热负荷的特点，从节省能源消耗的角度给出了空调系统划分建议和全年新风运行策略。    

　　1、工程特点深圳文化中心是深圳文化局筹建的工程项目，建筑方案由日本矶崎新设计室设计，施工图由北京市建筑设计院深圳分院设计。深圳文化中心由两个单体建筑组成，一个是图书馆，建筑面积40885 m²，另一个是音乐厅，建筑面积22436m²，建筑共八层，高40m。

　　深圳文化中心是功能特殊、空间结构复杂、有着重要地位的建筑，它的下述特殊之处使得有必要对它的冷热工况进行特殊计算和分析：使用功能特殊。深圳文化中心由图书馆和音乐厅两栋建筑组成，这两种使用功能都比较特殊，不是常见的商业建筑类型，其冷热需求也有着与众不同的特殊性。例如，音乐厅总照明配电功率为300kw，其面积为2173m²，平均141w/m²，远超过常规商业建筑20～40 w/m²的照明配电功率。直接把这300kw看成室内的余热量是不合理的，因为这些照明设备并不同时使用，并且有一半左右的热量以辐射方式散出，这些辐射热量并不直接形成冷负荷，有一定滞后。

　　 空间拓扑结构复杂。图书馆和音乐厅东向外墙为曲线形并且向内倾斜的玻璃幕墙，入口门厅为从2层到7层贯通的高大中庭，门厅的屋顶由多个多面锥形的玻璃顶组成。音乐厅为从2层到6层向外伸展的碗状空间。音乐厅和阅览室的屋顶是带架空隔热层的悬链梁保温屋面，并且自东向西成弧形升高。

　　地位重要。深圳文化中心是深圳文化局筹建的重要文化设施，是当地的标志性建筑之一，有非常重要的地位。

　　上述的特殊性使得难以用传统的计算方法分析深圳文化中心的冷热特性，并且其重要地位需要对它的全年冷热工况进行详细分析，只计算最大冷热负荷难以满足工程要求。因此北京市建筑设计研究院委托清华大学分析深圳文化中心的全年冷热特性，我们采用清华大学空调教研室开发的建筑热环境设计模拟软件包DeST[1]模拟分析深圳文化中心的全年冷热工况，希望能对空调系统设计提供建议和指导。

　　2、采用DeST模拟分析的步骤

　　2.1、建筑模型首先在DeST界面内按照建筑的尺寸和形状输入外墙、内墙，添加门窗，描述建筑的拓扑结构。

　　用DeST建立建筑模型时，可以用复制生成楼层的按钮生成新的楼层，并且最好尽量使用该命令生成新楼层，一是可以加快绘图速度，二是可以减少不必要的错误。绘图时还需尽可能地将功能相同的相邻房间合并一个大房间，这样可以减少房间数目，加快模拟计算的速度，而又不影响计算结果的准确性。

　　对于音乐厅这种高大空间，我们在建立模型时进行了适当的简化，以求较为准确的反映实际情况。简化的方法是将音乐厅按照周围房间的楼层高度分成多层，相邻层之间设置了比较接近实际自然对流工况的2次/h 的换气次数。

　　2.2、设定计算参数建筑模型建立完成后需要设定计算参数，包括定义建筑物的地理位置、维护结构类型、室内热扰参数、房间功能、室内设计参数、全年内扰及空调作息模式等。对于该工程，我们采用如下参数进行计算：音乐厅、音乐厅小厅、图书馆报告厅的照明按照功率特别大，折算到平米指标音乐厅为140 w/m²，音乐厅小厅为840 w/m²，图书馆报告厅260 w/m².如果直接按照此照明功率数计算，显然是不合理的，因此我们参考《影剧院空调设计》[3]并考虑了排风直接带走热量的影响作用，按照实际照明安装功率乘以相关系数，如下式：N＝B1 B2 B3 B4∑n式中：N——照明计算功率；B1——灯具同时使用系数，取0.7；B2——灯具调光系数，取0.6；B3——灯具位置系数，取0.4；B4——排风影响系数，考虑灯具散热量中的50％为对流散热，这部分热量集中在吊顶处，对于从上部回排风的系统，有一部分对流散热量直接被排风带走，一般空调系统的排风比为20％，故该系数取0.9；∑n——照明安装功率。

　　2.3、模拟计算完成上述工作后，DeST就可以模拟计算出建筑物全年的冷热工况，包括全年逐时基础室温（指房间没有空调时在外扰和内扰作用下将达到的温度值）、逐时冷热负荷、空调箱逐时冷热耗量、全年逐时最佳的新风比。这正是该工程所需要而使用传统计算方法不能得到的数据。